遼寧石油化工大學(xué)

1、遼寧石油化工大學(xué)教案課程名稱(chēng)：過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)教學(xué)單位：化機(jī)系主講教師：王蓮 職稱(chēng)：副教授課程性質(zhì)：必修 總學(xué)時(shí)：40 總學(xué)分：2.5 授課班級(jí)： 總?cè)藬?shù)：課程授課學(xué)期： 20062007第一學(xué)期所用教材及編者： 過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)主要參考書(shū)及編者：JB/T4731鋼制臥式容器 GB151管殼式換熱器 JB/T4710鋼制塔式容器 第一章 儲(chǔ)存設(shè)備【課時(shí)安排】1、前言 5 分鐘2、基本概念 45 分鐘3、基本結(jié)構(gòu) 100分鐘4、設(shè)計(jì)計(jì)算 250分鐘 總計(jì) 400分鐘【掌握內(nèi)容】1、基本概念：儲(chǔ)存設(shè)備、介質(zhì)特性、飽和蒸氣壓、充裝量、臥罐“扁塌”等。2、臥式儲(chǔ)罐基本結(jié)構(gòu)。3、臥式儲(chǔ)罐載荷分析及受力計(jì)算。4、

2、各種應(yīng)力的校核。5、球罐的結(jié)構(gòu)?！臼煜?nèi)容】1、臥式儲(chǔ)罐載荷分析的假設(shè)條件。2、鞍座截面的假設(shè)條件。【了解內(nèi)容】1、球罐的發(fā)展歷史。2、球罐校核的基本步驟?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】1、筒體的應(yīng)力分析。2、應(yīng)力的校核。【教學(xué)目標(biāo)】1、掌握儲(chǔ)存設(shè)備相關(guān)基本概念和結(jié)構(gòu)。2、能對(duì)重要概念進(jìn)行辨析。3、能按規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算臥式設(shè)備。 1.1 概述【教學(xué)內(nèi)容】一. 儲(chǔ)存設(shè)備二. 儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)三. 場(chǎng)地的條件四. 儲(chǔ)罐的充裝量五. 設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力【授課時(shí)間】30分鐘【教學(xué)重點(diǎn)】基本概念的建立1【教學(xué)難點(diǎn)】?jī)?chǔ)罐與中間罐的區(qū)別【教學(xué)目標(biāo)】了解儲(chǔ)存設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)的選取【教學(xué)手段】課堂講授，輔以設(shè)備掛圖?！窘虒W(xué)過(guò)程】?jī)?chǔ)存設(shè)備（

3、簡(jiǎn)稱(chēng)：儲(chǔ)罐）：主要是指用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備。設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備，必須滿(mǎn)足各種給定的工藝要求，即介質(zhì)的性質(zhì)、工況、容量、環(huán)境等條件。介質(zhì)特性：可燃性、飽和蒸氣壓、密度、腐蝕性、毒性程度、化學(xué)反應(yīng)活性（如聚合趨勢(shì)）等。飽和蒸氣壓：在一定溫度下的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到氣液兩相平衡時(shí)氣液分界面上的蒸氣壓，它隨溫度而變化，但與容積的大小無(wú)關(guān)。注意：1、儲(chǔ)存的介質(zhì)為具有高粘度或高冰點(diǎn)的液體時(shí)，為保持其流動(dòng)性，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱或保溫，使其保持便于輸送的狀態(tài)。2、介質(zhì)的密度直接影響載荷的分析與罐體應(yīng)力的大小。3、介質(zhì)的特性是設(shè)備材料選擇的首要依據(jù)，它將直接影響制造工藝與設(shè)備造價(jià)等。4、設(shè)備安

4、裝在室外時(shí)，必須考慮風(fēng)載荷、地震載荷和雪載荷等。5、盛裝液化氣體時(shí)，應(yīng)注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。罐內(nèi)壓力變化程度與液化氣體的膨脹系數(shù)和溫度變化量成正比，而與壓縮系數(shù)成反比。充裝量：是指裝量系數(shù)與儲(chǔ)罐實(shí)際容積和設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和液體密度的乘積。裝量系數(shù)不得大于0.95，一般取0.9。月平均最低氣溫：是指當(dāng)月各天的最低氣溫相加后除以當(dāng)月天數(shù)。儲(chǔ)罐的最低設(shè)計(jì)溫度：可按該地區(qū)實(shí)測(cè)的10年逐月平均最低氣溫的最小值。儲(chǔ)罐與中間罐的區(qū)別：1. 介質(zhì)的停留時(shí)間；2. 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。 1.2 臥罐【教學(xué)內(nèi)容】一.臥罐基本結(jié)構(gòu)二.臥罐的載荷分析及應(yīng)力計(jì)算2三.筒體應(yīng)力的校核四.鞍座強(qiáng)度的校核【授課時(shí)間】2

5、70分鐘【教學(xué)重點(diǎn)】應(yīng)力的分析、應(yīng)力的校核【教學(xué)難點(diǎn)】應(yīng)力的構(gòu)成、分類(lèi)、計(jì)算、位置【教學(xué)目標(biāo)】能按規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算臥式設(shè)備【教學(xué)手段】課堂講授，輔以設(shè)備掛圖?！窘虒W(xué)過(guò)程】基本結(jié)構(gòu)一、地面臥罐臥罐的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由圓筒、封頭和支座三部分組成。封頭：采用JBT 4737橢圓形封頭中的標(biāo)淮橢圓形封頭。支座：采用JBT4712鞍式支座中鞍式支座圖1.1（a）或圈座圖1.1（b）。 （b）（a） 鞍式支座；（b）圈座圖1.1 地面臥式儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)1.鞍式支座a.普遍使用雙鞍座支承，若采用多鞍座支承，難于保證各鞍座均勻受3力。即各支座很難保持在同一水平面上，由于地基的不均勻下沉，多支座罐體在支座處

6、的支反力并不能均勻分配，故一般臥罐最好采用雙鞍座支承。b.由材料力學(xué)知，對(duì)于雙支座上受均布載荷的簡(jiǎn)支梁，若梁的全長(zhǎng)為L(zhǎng)，則當(dāng)外伸端長(zhǎng)度A0.207L時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，而且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故取A0.2L，A值最大不得超過(guò)0.25L。此外，封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。即滿(mǎn)足A0.2L時(shí)，最好使A0.5Ra（Ra為圓筒的平均半徑，RaRii2，i為圓筒名義厚度）。c.為防止臥式儲(chǔ)罐因操作溫度與安裝溫

7、度不同引起的熱膨脹，以及由于圓筒及物料重量使圓筒彎曲等原因?qū)εP罐引起附加應(yīng)力，設(shè)計(jì)時(shí)只允許將其中一個(gè)支座固定，而另一個(gè)應(yīng)允許為可沿軸向移動(dòng)?；顒?dòng)支座的基礎(chǔ)螺栓孔應(yīng)沿圓筒軸向開(kāi)成長(zhǎng)圓孔。固定支座通常設(shè)置在臥式儲(chǔ)罐配管較多的一側(cè)，活動(dòng)支座則應(yīng)設(shè)置在沒(méi)有配管或配管較少的另一端。d.鞍座包角大小不僅直接影響鞍座處圓簡(jiǎn)截面上的應(yīng)力分布，而且也影響臥罐的穩(wěn)定性與罐體-支座系統(tǒng)的重心高低。鞍座包角小，則鞍座重量輕，但罐體-支座系統(tǒng)的重心較高，且鞍座處圓筒上的應(yīng)力較大。一般常用的鞍座包角為120、135、150°三種，但JBT4712規(guī)定的鞍座包角為120°和150°二種形式。e

8、. 墊板的設(shè)置2.圈座 臥罐在下列情況下可采用圈座：a.因自身重量而可能造成嚴(yán)重?fù)锨谋”谌萜?；b.多于兩個(gè)支承的長(zhǎng)容器。除常溫常壓下操作的容器外，至少應(yīng)有一個(gè)圈座是滑動(dòng)支承結(jié)構(gòu)。c.當(dāng)容器采用兩個(gè)圈座支承時(shí)，圓筒所承受的支座反力、軸向彎矩及其相應(yīng)的軸向應(yīng)力的計(jì)算及校核均與鞍式支座相同。二、地下臥罐地下臥罐的結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用地下臥罐是為了減少占地面積和安全防火距離。及避開(kāi)環(huán)境溫度對(duì)它的影響，從而維持地下臥式液化氣體儲(chǔ)罐壓力的基本穩(wěn)定。臥罐的埋地措施分兩種：1.臥罐安裝在地下預(yù)先構(gòu)筑的空間里（地下室）；42.將臥罐安放在地下設(shè)置的支座上，臥罐外殼涂有瀝青防銹層，必要時(shí)再附加犧牲陽(yáng)極保護(hù)設(shè)施，

9、最后采取土地埋設(shè)方法，并達(dá)到預(yù)期的埋土高度。1-犧牲陽(yáng)極；2-浮子液面計(jì)；3-金屬導(dǎo)線；4-電線保護(hù)測(cè)試點(diǎn)；5-壓力表；6-護(hù)罩；7-安全閥；8-罐裝氣相閥門(mén)，9-罐裝液相閥門(mén)；10-排污和倒空管閥門(mén)；11-罐間氣相連接管，12-罐體；13-罐間液相連按管；14-支座圖1.2 地下臥罐結(jié)構(gòu)示意圖地下臥罐與地面臥罐一樣，除圓筒、封頭和支座三個(gè)主要部分組成外，另有工藝接管、儀表管和安全泄放裝置接口等。這些接管或接口，為了適應(yīng)埋地狀況下的安裝、檢修和維護(hù)，一般采用集中安放措施，通常設(shè)置在一個(gè)或幾個(gè)人孔蓋板上。犧牲陽(yáng)極保護(hù)法：從外部導(dǎo)人陰極電流至需要保護(hù)的地下臥罐上，使設(shè)備全部表面都成為陰極，它在腐蝕

10、電池中是接受電子產(chǎn)生還原反應(yīng)，只有陽(yáng)極才發(fā)生腐蝕。導(dǎo)人外電流有兩種方法：a.從外部接上直流電源，體系中連接一塊導(dǎo)流電極作為陽(yáng)極；b.連接一塊電位較負(fù)的金屬（如鋅、鎂、鋁等）。設(shè)計(jì)計(jì)算一.載荷分析臥罐的載荷有：1.壓力，如：內(nèi)壓或外壓（真空）；2.臥罐重量，包括圓筒、封頭及其附件等的重量；3.物料重量，正常操作時(shí)為物料重量，水壓試驗(yàn)時(shí)為充水重量；4.其他載荷，如：雪載荷、風(fēng)載荷、地震載荷等。5工程上常將雙鞍座臥罐簡(jiǎn)化為長(zhǎng)度為L(zhǎng)、受均布載荷q作用的外伸簡(jiǎn)支梁，如圖1.3所示。二.假設(shè)條件1.簡(jiǎn)化為承受均布載荷兩支點(diǎn)的外伸梁進(jìn)行近似的分析，它和均布載荷的梁不同。a.除均布載荷外，在封頭處還應(yīng)考慮液體

11、靜壓力所引起的水平力矩。封頭部分的重量視為作用在其重心到封頭切線距離約3/8H處的集中力考慮。b.由于縱向彎矩引起的應(yīng)力還與其他載荷（主要為設(shè)計(jì)壓力）起的應(yīng)力相疊加。c.筒體中的各項(xiàng)應(yīng)力不僅和鞍座的位置有關(guān)，并且隨鞍座的包角的大小而變化。2.由于臥罐的受力分析是按均布載荷的梁進(jìn)行分析的，故需要將容器的重量折算成作用于容器上的均布載荷。 對(duì)于封頭，根據(jù)容積相等的原則，知封頭容積近似等于直徑相同、長(zhǎng)為2/3H的圓筒容積，故兩封頭的當(dāng)量長(zhǎng)度為4/3H。即外伸梁折算長(zhǎng)為L(zhǎng)+4/3H。如：臥罐總重量為2F,則均布載荷為：q=2F/(L+4/3H) H封頭曲面深度、L切線長(zhǎng)度3.當(dāng)鞍座靠近封頭，即A/Ra

12、0.5時(shí)，封頭對(duì)筒體起加強(qiáng)作用。4.兩個(gè)鞍座的位置是以容器的縱向中心對(duì)稱(chēng)的。三.內(nèi)力分析1.彎矩a.圓筒在支座跨中截面處的彎矩 M1為正值時(shí)，表示上半部圓簡(jiǎn)受壓縮，下半部困筒受拉伸。b. 圓筒在支座截面處的彎矩M2一般為負(fù)值，表示圓筒上半部受拉伸，下半部受壓縮。6PPMM（d）（a）受力分析，（b）兩支點(diǎn)外伸粱；（c）剪力圖，（d）彎矩圖圖1.3 雙鞍座臥罐受力分析的彎矩圖與剪力圖3.剪力a. 當(dāng)支座離封頭切線距離H0.5R，時(shí)，在支座處截面上的剪力7b. 當(dāng)支座離封頭切線距離H0.5R，時(shí)，在支座處截面上的剪力c. 跨距中點(diǎn)處，在截面上的剪力等于零。 四. 圓筒應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核1. 圓筒上

13、的軸向應(yīng)力a. 跨中截面上的軸向應(yīng)力最高點(diǎn):最低點(diǎn):e有效厚度.公式的前部為內(nèi)壓引起的應(yīng)力； 后部為彎矩引起的應(yīng)力。 .數(shù)值：拉應(yīng)力為正、壓應(yīng)力為負(fù)。b.支座截面處圓筒的軸向應(yīng)力(1).圓筒上不設(shè)置加強(qiáng)圈，且支座的設(shè)置位置A05Ra時(shí), 圓筒的上半部有“扁塌” 產(chǎn)生“無(wú)效截面”，則“有效截面”為/2 + /6。如圖1.4所示。鞍座包角、1800-/2、=/2 + /6“扁塌”:圓筒上不設(shè)置加強(qiáng)圈，且支座的設(shè)置位置A05Ra時(shí)，由于支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎矩，在周向彎矩的作用下，導(dǎo)致支座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產(chǎn)生所謂“扁塌”現(xiàn)象?！氨馑爆F(xiàn)象一旦發(fā)生，支座處圓筒截面的上部就成為難以抵抗

14、軸向彎矩的“無(wú)效截面”，而剩下的圓筒下部截面才是能夠承擔(dān)軸向彎矩的“有效截面”。8圖1.4 “扁塌”現(xiàn)象在不發(fā)生“扁塌”部分的上方，靠近水平中心線處（受拉伸應(yīng)力）K1-抗彎截面模量減少系數(shù) 見(jiàn)表1.1 （簡(jiǎn)稱(chēng)系數(shù)）表1.1 系數(shù)K1、K2值條件鞍座包角K1K2A0.5Ra 即封頭對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用，或鞍座處有加強(qiáng)圈的圓筒1201351501.01.01.01.01.01.0A0.5 Ra且圓筒無(wú)加強(qiáng)圈，或雖有加強(qiáng)圈，但加強(qiáng)圈不在鞍座處1201351500.1070.1320.1610.1920.2340.279在圓簡(jiǎn)最低點(diǎn)(受壓縮應(yīng)力)9K2-抗彎截面模量減少系數(shù) 見(jiàn)表1.1 （簡(jiǎn)稱(chēng)系數(shù)）(2)

15、.A0.5Ra時(shí), 封頭對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用，不存在“扁塌”現(xiàn)象時(shí)：=即：K1 =K2=1.0 見(jiàn)表1.1c.軸向應(yīng)力的校核軸向拉應(yīng)力：t軸向壓應(yīng)力：cr 及tt設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力cr-軸向許用臨界應(yīng)力（許用壓應(yīng)力）d.不同的工況條件要分別計(jì)算。 如：操作工況、水壓試驗(yàn)工況。2.支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力 由剪力圖知：橫向剪力在支座截面處最大，故只討論支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力。a. 支座截面處設(shè)有加強(qiáng)圈的圓筒 K3值見(jiàn)表1.2 圖1.5支座截面上有加強(qiáng)圈時(shí)圓筒上的切向切應(yīng)力 圓筒上的切向切應(yīng)力當(dāng)=0、時(shí)，sin=0；=0。當(dāng)=/2時(shí)，sin=1；K3=0.319。為最大值，如圖

16、1.5 b. 支座截面處無(wú)加強(qiáng)圈且A05Ra的圓筒 10 圖1.6未被加強(qiáng)圓筒上的切向切應(yīng)力K3值見(jiàn)表1.2 最大剪應(yīng)力點(diǎn)位于靠近鞍座邊角處C、D。如圖1.6c. 被封頭加強(qiáng)的筒體（A05Ra）圖1.7被封頭加強(qiáng)圓筒上的K3值見(jiàn)表1.2 切向切應(yīng)力最大剪應(yīng)力點(diǎn)位于靠近鞍座邊角處C、D。如圖1.7表1.2 系數(shù)K3、K4值條 件鞍座包角圓筒K3封 頭K4A0.5Ra且圓筒無(wú)加強(qiáng)圈，或雖有加強(qiáng)圈，但加強(qiáng)圈不在鞍座處120°135°150°1.1710.9580.799/A0.5Ra，但圓筒在鞍座平面有加強(qiáng)圈120°135°150°0.31

17、90.3190.319/圓筒被封頭加強(qiáng)（即A0.5Ra）120°135°150°0.8800.6540.4850.4010.3440.295150°d.封頭中的（附加拉應(yīng)力）最大剪應(yīng)力 （A0.5Ra） 11K4值見(jiàn)表1.2he-封頭有效厚度上式計(jì)算墊板不應(yīng)考慮在內(nèi)。凸形封頭中，附加拉應(yīng)力亦為切向剪力的水平分力，此應(yīng)力沿著封頭的整個(gè)高度作用。為便于工程計(jì)算，故簡(jiǎn)化為：（1）封頭的附加拉應(yīng)力是按平封頭考慮的，受載面積為2Rahe。（2）假設(shè)最大應(yīng)力為按平封頭計(jì)算值的1.5倍。d. 切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力：t=0.8t封頭的切向剪應(yīng)力：h1.25t

18、-h封頭受外壓，可不計(jì)h。封頭受內(nèi)壓時(shí)：（1）橢圓封頭： K-橢圓封頭形狀系數(shù)（2）碟形封頭： M-碟形封頭形狀系數(shù)Rh-碟形封頭球面部分半徑r-碟形封頭拐彎部分半徑（3）半球形封頭： h-由內(nèi)壓在封頭引起的應(yīng)力123.支座截面處圓筒的周向應(yīng)力 支座截面處，由于周向壓縮力和周向彎矩引起的周向應(yīng)力，其最大值將發(fā)生在支座處圓筒截面最低點(diǎn)或鞍座邊角處。三種假設(shè)：.假設(shè)圓筒與鞍座之間無(wú)摩擦，支座反力都是通過(guò)圓心點(diǎn)，即圓筒僅在結(jié)合面的局部地區(qū)承受一個(gè)非均布的“外壓”作用，因而在圓筒上產(chǎn)生周向壓縮應(yīng)力。.支座截面處圓筒的彎曲應(yīng)力是由周向彎矩產(chǎn)生的，即由該截面的切向應(yīng)力引起的。該公式是按圓筒有足夠的剛性的假

19、設(shè)條件推導(dǎo)的。即解析式適用于支座截面處殼體有加強(qiáng)圈的情況。對(duì)于無(wú)加強(qiáng)圈的圓筒，僅能按有加強(qiáng)圈的圓筒的結(jié)果給予經(jīng)驗(yàn)修正。. 鞍座截面處的周向應(yīng)力由兩部分組成，即：（1）由周向壓縮力引起的周向應(yīng)力。（前） （2）由周向彎矩引起的周向彎曲應(yīng)力。（后）a.無(wú)加強(qiáng)圈圓筒（1）無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用 （墊板寬小于b2）在橫截面最低點(diǎn)：（該處不存在周向彎矩、即由周向壓縮力引起的。） k系數(shù)（應(yīng)力計(jì)算系數(shù)）筒體焊在支座上 k=0.1筒體不焊在支座上 k=1b2圓筒的有效寬度 b-支座軸向?qū)挾龋ǖ装鍖挾龋?圖1.8 無(wú)加強(qiáng)圈圓筒周向應(yīng)力的位置 K5值見(jiàn)表1.3在鞍座邊角處：當(dāng)L/Ra8時(shí) 13當(dāng)L/Ra8時(shí)

20、K6值見(jiàn)表1.3M-周向彎矩 表1.3 系數(shù)K5、K6值鞍座包角K5K6A/ Ra0.5A/ Ra1120°135°150°0.7600.7110.6730.0130.0100.0080.0530.0410.032注：當(dāng)0.5<A/Ra<1時(shí)，K6值按表內(nèi)數(shù)值線性?xún)?nèi)插求取(2) 墊板起加強(qiáng)作用在橫截面最低點(diǎn)：（該處不存在周向彎矩、即由周向壓縮力引起的。） 在鞍座邊角處：當(dāng)L/Ra8時(shí) 當(dāng)L/Ra8時(shí) 鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力：當(dāng)L/Ra8時(shí) 14當(dāng)L/Ra8時(shí)外加強(qiáng)圈 b.有加強(qiáng)圄的圓筒 （1）加強(qiáng)圈位于鞍座平面上在鞍座邊角處的圓筒的周向應(yīng)力 圖

21、1.9加強(qiáng)圈位于鞍座處圓筒周向應(yīng)力的位置在鞍座邊角處，加強(qiáng)圈內(nèi)緣或外緣表面的周向應(yīng)力 系數(shù)C4 C5 K7 K8值由表1.4查取a） 內(nèi)加強(qiáng)圈 c） 內(nèi)加強(qiáng)圈注注“加強(qiáng)圈位于鞍座平面內(nèi)”是指加強(qiáng)圈位于圖中所示“鞍座平面”兩側(cè)各小于或等于圖1.10 鞍座平面內(nèi)的內(nèi)、外加強(qiáng)圈圖圖1.11 靠近鞍座平面的加強(qiáng)圈15a） 鞍座墊板不作為加強(qiáng)板用的鞍座b） 鞍座墊板作為加強(qiáng)板用的鞍座圖1.12 鞍式支座A0一個(gè)支座的所有加強(qiáng)圈與圓筒起加強(qiáng)作用有效段的組合截面積之和，mm2；I0-一個(gè)支座的所有加強(qiáng)圈與圓筒起加強(qiáng)作用的有效段的組合截面對(duì)該截面形心軸X-X的慣性矩之和（見(jiàn)圖1.10 圖1.11），mm4；d

22、-對(duì)內(nèi)(外)加強(qiáng)圈，為加強(qiáng)圈與圓筒組合截面形心距加強(qiáng)圈內(nèi)(外)緣表面之距離（見(jiàn)圖1.10），mm；e-對(duì)內(nèi)(外)加強(qiáng)圈，為加強(qiáng)圈與圓筒組合截面形心距圓筒內(nèi)(外)表面之距離（見(jiàn)圖1.10），mm；（2）加強(qiáng)圈靠近鞍座平面時(shí)在橫截面最低點(diǎn)的周向應(yīng)力：a) 無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用：b) 墊板起加強(qiáng)作用； 圖1.13 加強(qiáng)圈靠近鞍式支座 16表1.4 系數(shù)C4、C5、K7、K8加強(qiáng)圈位置位于鞍座平面上 圖1.7b，圖1.8靠近鞍座圖1.7c，圖1.9，（°）120 132 135 147 150 162120 135 150C4內(nèi)加強(qiáng)圈-1 -1 -1 -1 -1 -1+1 +1 +1外加

23、強(qiáng)圈+1 +1 +1 +1 +1 +1-1 -1 -1C5內(nèi)加強(qiáng)圈+1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1外加強(qiáng)圈-1 -1 -1 -1 -1 -1+1 +1 +1K70.053 0.043 0.041 0.034 0.032 0.0250.058 0.047 0.036K80.341 0.327 0.323 0.307 0.302 0.2830.271 0.248 0.219在橫截面上靠近水平中心線處的圓筒周向應(yīng)力： 在橫截面上靠近水平中心線處，加強(qiáng)圈內(nèi)緣或外緣表面的周向應(yīng)力：同時(shí)，還應(yīng)校核在支座邊角處的周向應(yīng)力6值。其中K6值按表1.3中的A/Ra0.5查取。表1.4 鞍座包角

24、與的關(guān)系120°135°150°93°4089°3284°13（3）周向應(yīng)力校核周向應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足下列條件： |1.25|1.25|1.25|1.25五、鞍座腹板水平分力及強(qiáng)度校核支座腹板的水平分力： 17式中K9系數(shù)值按表1.6查取。表1.6系數(shù)K9鞍座包角，（°）120135150K90.2040.2310.259鞍座腹板有效截面內(nèi)的水平方向平均拉應(yīng)力；當(dāng)無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)： 當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)：式中：Hs計(jì)算高度，取鞍座墊板底面至底板底面距離和Ra/3兩者中的較小值，mm；b0鞍座腹板厚度，mm；br鞍座墊板有效寬

25、度，取br= b2，mm；應(yīng)力按下式進(jìn)行校核：-鞍座材料許用應(yīng)力，按表1.7查取。表1.7 鞍座材料許用應(yīng)力使用溫度，選用材料許用應(yīng)力sa，MPa0250Q235-B147-20250Q345170-2016MnR170 1.3 球形儲(chǔ)罐【教學(xué)內(nèi)容】一. 球形儲(chǔ)罐的組成二. 球罐基本結(jié)構(gòu)三. 球形儲(chǔ)罐的附件【授課時(shí)間】100分鐘【教學(xué)重點(diǎn)】球罐基本結(jié)構(gòu)18【教學(xué)難點(diǎn)】支柱與罐體的連接【教學(xué)目標(biāo)】掌握了解球罐各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)【教學(xué)手段】課堂講授，輔以設(shè)備掛圖?！窘虒W(xué)過(guò)程】球形儲(chǔ)罐通?？砂凑胀庥^形狀、殼體構(gòu)造方式和支承方式的不同進(jìn)行分類(lèi)。形 狀： 有圓球形和橢球形之分；殼體層數(shù)： 有單層球殼和多層球

26、殼之分；球體的組合：有桔瓣式、足球瓣式和二者組合的混合式之分；支座結(jié)構(gòu)： 有支柱式支座、筒形或錐形裙式支座之分。球罐的組成： 罐體（包括上下極板、上下溫帶板和赤道板）、支柱、拉桿、操作平臺(tái)、盤(pán)梯、以及各種附件（包括人孔、接管、液面計(jì)、壓力計(jì)、溫度計(jì)、安全泄放裝置等）。在某些特殊場(chǎng)合，球罐內(nèi)還設(shè)有內(nèi)部轉(zhuǎn)梯、外部隔熱或保溫層、防火水幕噴淋管等附屬設(shè)施。罐體罐體是球形儲(chǔ)罐的主體，它是儲(chǔ)存物料、承受物料工作壓力和液柱靜壓力的重要構(gòu)件。罐體按其組合方式常分為以下三種。1.純桔瓣式罐體 2. 足球瓣式罐體 3. 混合式罐體一、純桔瓣式罐體是指球殼全部按桔瓣瓣片的形狀進(jìn)行分割成型后再組合的結(jié)構(gòu)，如圖1.14

27、所示優(yōu)點(diǎn)：1.球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝容易，加快組裝進(jìn)度，并可對(duì)其實(shí)施自動(dòng)焊； 1-球殼；2-液位計(jì)導(dǎo)管；3-避雷針；2.分塊分帶對(duì)稱(chēng)，焊接接頭受力 4-安全泄放閥；5-操作平臺(tái)；6-盤(pán)梯；均勻，質(zhì)量較可靠，便于布置 7-噴淋水管；8-支柱；9-拉桿支柱； 圖1.14 赤道正切柱式支承單層殼球罐3.容積大小不限。缺點(diǎn)：1.各帶位置尺寸大小不一，只能在本帶內(nèi)或上、下對(duì)稱(chēng)的帶之間進(jìn)行互換；2.下料及成型較復(fù)雜，板材的利用率低； 3.球殼極板尺寸較小，布置人孔和接管時(shí),焊縫不易錯(cuò)開(kāi)。 19二、足球瓣式罐體 球殼劃分和足球一樣，所有的球殼板片大小相同，它可以由尺寸相同或相似的四邊形或六邊形球瓣組焊

28、而成。圖1.15表示的就是足球瓣式罐體及其附件。優(yōu)點(diǎn)：1.每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化；2.材料利用率高，互換性好；3.組裝焊縫較短，焊接及檢驗(yàn)工作量小。缺點(diǎn)：1.焊縫布置復(fù)雜； 1-頂部極板；2-赤道板；3-底部極板；2.施工組裝因難，對(duì)球殼板的制 4-支柱；5-拉桿；6扶梯；7一頂部操作平臺(tái)造精度要求高； 圖1.15 足球瓣式球罐3.只適用于制造容積小于120m3的球罐。三、混合式罐體 赤道帶和溫帶采用桔瓣式，而極板采用足球瓣式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：1.材料利用率高； 2.焊縫長(zhǎng)度縮短 3.球殼板數(shù)量減少，特別適合于 大型球罐。 4.極板尺寸比純桔瓣式大，容易 1-上極; 2-赤道帶；布置人孔

29、及接管。 3-支柱；4-下極5.支柱可避開(kāi)搭在球殼板焊接 圖1.16混合式球罐。接頭上，使球殼應(yīng)力分布比較均勻。支座支座是球罐中用以支承本體重量和物料重量的重要結(jié)構(gòu)部件。結(jié)構(gòu)主要分兩大類(lèi)：1.柱式支座；2.裙式支座柱式支座中以赤道正切柱式支座用得最多，為國(guó)內(nèi)外普遍采用。赤道正切柱式支座特點(diǎn)：1.多根圓柱狀支柱在球殼赤道帶等距離布置；2.支柱中心線與球殼內(nèi)徑相切，則與球殼的交點(diǎn)同球心連線與赤道平面的夾角約為10°20°。3.支柱之間設(shè)置連接拉桿，增加承載能力，保證球罐的穩(wěn)定性。204.受力均勻，彈性好，能承受熱膨脹的變形，施工簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)操作和檢修也方便。5. 球罐重心高，相對(duì)

30、而言穩(wěn)定性較差。一、支柱的結(jié)構(gòu)（如圖1.17）主要由支柱、底板和端板三部分組成。1.支柱 支柱分單段式和雙段式兩種。 單段式: 由一根圓管或卷制圓筒組成，其上端與球殼相接的圓弧形狀通常由制造廠完成，下端與底板焊好，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)與球罐進(jìn)行組裝和焊接。 雙段式：由U型管和圓管組成，上段支柱材質(zhì)與球殼相連接的支柱必須選用與殼體相同，在制造廠內(nèi)與球瓣進(jìn)行組對(duì)焊接，其設(shè)計(jì)高度一般為支柱總高度的3040左右。上下兩段管徑尺寸相同，中間用連接板連接，下段支柱可采用一般材料。雙段式支柱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但它與球殼相焊處的應(yīng)力水平較低，得到廣泛應(yīng)用。2.底板底板中心應(yīng)設(shè)置通孔；支柱底板的地腳螺栓孔應(yīng) 1-球殼；2-

31、上部支柱；3-內(nèi)部筋板；為徑向長(zhǎng)圓孔。 4-外部端板；5-內(nèi)部導(dǎo)環(huán)；6-防火隔熱層；3.端板 7-防火層夾子，8-可熔塞；9-接地凸緣；頂部設(shè)有防雨端板 10-底板；11-下部支耳，12-下部支柱，13-上部支耳分三種：平板式、半球式、橢圓式 圖17 支柱結(jié)構(gòu)圖平板式邊角易造成高應(yīng)力狀態(tài)，不推薦使用。半球式和橢圓式結(jié)構(gòu)屬?gòu)椥越Y(jié)構(gòu)，不易形成邊緣高應(yīng)力狀態(tài)，抗拉斷能力較強(qiáng)，故為中國(guó)球罐標(biāo)準(zhǔn)所推薦。二、支柱與殼體的連接 支柱與球殼連接處可采用直接連接結(jié)構(gòu)形式、加托板的結(jié)構(gòu)型式、U形柱結(jié)構(gòu)型式和支柱翻邊結(jié)構(gòu)型式，見(jiàn)圖1.18所示。 1.直接連接結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但連接部下端夾角小，應(yīng)力大。2. 加托板結(jié)構(gòu)21 可解決由于連接部下端夾角小的問(wèn)題，但間隙狹窄，